北京市部分樹種吸滯重金屬的生態(tài)轉(zhuǎn)化率

李少寧+趙云閣+丁杰+谷建才+陳波+魯紹偉

摘要：為了研究綠化樹種吸滯重金屬的凈化潛力及有效利用率，以油松、側(cè)柏、白皮松、銀杏、雪松5種常見綠化樹種為研究對象，采集不同污染區(qū)林木葉片，利用HNO3-H2O2消解法和原子熒光法測定重金屬含量，計算不同地點(diǎn)不同樹種吸滯重金屬的生態(tài)轉(zhuǎn)化率。結(jié)果表明，不同樹種對各金屬元素的生態(tài)轉(zhuǎn)化率存在明顯差異，針葉樹種對銅（Cu）、鋅（Zn）的生態(tài)轉(zhuǎn)化率較高，而闊葉樹種銀杏則對鉻（Cr）、鉛（Pb）、鋅（Zn）有較高的轉(zhuǎn)化率，尤其在污染程度較高的南海子公園，各針葉樹種對Cu、Zn的生態(tài)轉(zhuǎn)化率最高分別達(dá)到（94.32±3.65）%、（96.82±3.24）%，最低生態(tài)轉(zhuǎn)化率也分別達(dá)到（61.81±2.29）%、（59.93±19.65）%，銀杏對Cr、Pb、Zn的生態(tài)轉(zhuǎn)化率分別為（77.43±10.98）%、（65.09±7.35）%、（72.84±6.42）%。不同地點(diǎn)各樹種的重金屬吸滯功能生態(tài)轉(zhuǎn)化率也存在差異，但整體轉(zhuǎn)化率變化規(guī)律為按高污染區(qū)（市中心和城區(qū)）—中等污染區(qū)（近郊公園區(qū)）—低污染區(qū)（近郊淺山區(qū)）—較清潔區(qū)（遠(yuǎn)郊）逐漸降低。

關(guān)鍵詞：綠化樹種；重金屬；生態(tài)服務(wù)；生態(tài)轉(zhuǎn)化率

中圖分類號：X173文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）07-0265-04

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程不斷加快，城市重金屬污染已成為嚴(yán)重困擾世界城市環(huán)境與發(fā)展的污染問題之一。因此，對重金屬污染、修復(fù)的研究顯得尤為重要。目前，重金屬污染治理包括物理、化學(xué)、生物及植物修復(fù)等方法[1]。其中，植物修復(fù)因經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)引起了社會各界的高度關(guān)注[2]。Alfani等的研究表明，植物葉片對大氣重金屬具有一定的吸滯能力[3-5]。Kumar等驗證了植物能夠吸收土壤中部分重金屬[6]。阿衣古麗·艾力亞斯等研究了17種園林樹木的鉛（Pb）、鎘（Cd）積累特征，結(jié)果表明桑樹（Morus alba Linn.）、桃樹（Juglans regia L.）、黃金樹（Catalpa spciosa）對Pb吸收量較高；新疆楊（Populus alba var.）、桑樹、復(fù)葉械（Acer negundo）對Cd吸收量較高，且同一樹種Pb的積累量高于Cd的積累量[7]。尚德隆等也證明了楊樹（Populus L.）、京桃（Prunus persica f. rubro-plena）、紫丁香（Syringa oblata Lindl.）對銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、Pb等元素有較強(qiáng)的凈化能力[8]。但目前缺少植物吸滯重金屬生態(tài)轉(zhuǎn)化率的研究，為此，在北京市的不同污染區(qū)公園內(nèi)對不同樹種葉片重金屬生態(tài)轉(zhuǎn)化率進(jìn)行研究，可為北京市重金屬污染的治理提供理論依據(jù)，并為北京市森林生態(tài)環(huán)境服務(wù)價值的精確評估提供基礎(chǔ)測算數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1研究地概況

本研究選取景山公園、南海子公園、北京植物園、西山國家森林公園、松山國家級自然保護(hù)區(qū)分別代表北京市中心、城區(qū)、近郊區(qū)、近郊淺山區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)（圖1）。園內(nèi)植被覆蓋率高，植物種類豐富。其中，常見的綠化喬木有油松（Pinus tabuliformis Carrière）、側(cè)柏[Platycladus orientalis （L.） Franco]、雪松[Cedrus deodara （Roxb.） G.Don.]、銀杏（Ginkgo biloba Linn.）、國槐（Sophorajaponica Linn.）、白皮松（Pinus bungeana Zucc. ex Endl.）、白蠟（Fraxinus chinensis）等。

1.2樹種選擇

在研究地依據(jù)北京市綠化樹種應(yīng)用的廣泛性，選擇5種較為常見且具有代表性的綠化樹種，其中4種針葉樹種：油松、側(cè)柏、白皮松、雪松；1種闊葉樹種：銀杏。

1.3葉片采集

2014年4月29日、8月4日、10月13日、11月24日前后（分別代表春、夏、秋、冬4個季節(jié)），在各采樣點(diǎn)根據(jù)長勢良好、林齡等生長狀況相近的標(biāo)準(zhǔn)在待測樹種中每種樹種選擇3株標(biāo)準(zhǔn)樣樹，分別在樣樹東、南、西、北4個方向的上、中、下3個層次均勻采集樣葉，每種樹種共采集50張功能葉片，封存于塑料袋中帶回實驗室。

1.4重金屬含量測定

將葉片用去離子水清洗、晾干，105 ℃下殺青，65 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎，過篩備用。精確稱取2 g葉片粉末加 50 mL 水振蕩1 h、過濾、離心（13 000 r/min）取上清液1 mL定容至10 mL（稀釋10倍），過0.45 μm濾膜進(jìn)樣分析。葉片中重金屬Cu、Zn、Pb、Cr的含量利用HNO3-H2O2消解法測定（儀器為ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，Agilent 7700x）；Cd含量利用原子熒光法測定（儀器為AFS3000原子熒光光度計）[9]。

1.5生態(tài)服務(wù)功能轉(zhuǎn)化效率計算

1.5.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能轉(zhuǎn)化效率生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[10-11]是2個不同的概念，本研究中所指的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能轉(zhuǎn)化率是與人類福祉有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)功能向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)轉(zhuǎn)化的效率（簡稱生態(tài)轉(zhuǎn)化率）。故生態(tài)系統(tǒng)功能向服務(wù)轉(zhuǎn)化率計算公式如下：

1.5.2吸滯重金屬功能的轉(zhuǎn)化率計算方法將位于市中心景山公園內(nèi)樹種的吸滯重金屬含量設(shè)定為飽和含量，即為最大理論值，吸滯重金屬生態(tài)轉(zhuǎn)化率計算公式如下：

2結(jié)果與分析

2.1同一地點(diǎn)不同樹種吸滯重金屬生態(tài)轉(zhuǎn)化率

2.1.1南海子公園不同樹種吸滯重金屬的生態(tài)轉(zhuǎn)化率南海子公園內(nèi)不同樹種吸滯重金屬元素的生態(tài)轉(zhuǎn)化率不同（圖2）。從不同重金屬元素的生態(tài)轉(zhuǎn)化率來看，對Zn的生態(tài)轉(zhuǎn)化率較高的樹種是油松、雪松，轉(zhuǎn)化率分別為（96.82±3.24）%、（96.30±2.55）%，其次是白皮松和銀杏，最低的是側(cè)柏，轉(zhuǎn)化率只有（59.93±19.65）%。銀杏對Cr的生態(tài)轉(zhuǎn)化率明顯高于其他樹種，其生態(tài)轉(zhuǎn)化率是最低的側(cè)柏的3.4倍；而對Cu的生態(tài)轉(zhuǎn)化率最高的樹種是白皮松，為（94.32±3.65）%，最低的則是銀杏，僅為（23.5±6.21）%；對Pb的生態(tài)轉(zhuǎn)化率排序為白皮松（91.51±5.33%）>油松（80.36±8.21%）>雪松（79.15±7.85%）>銀杏（65.09±7.35%）>側(cè)柏（34.49±6.21%）（圖2）。由此可見，南海子公園中吸滯重金屬元素的生態(tài)轉(zhuǎn)化綜合能力較強(qiáng)的樹種為油松、白皮松、雪松。